• Khái niệm: Quá trình tách các chất có thành phần phức tạp chứa 1 hay nhiều cấu tử bằng dung môi gọi là trích ly.
• Mục đích sử dụng: Để tách enzim ra khỏi canh trường nấm mốc được nuôi cấy bằng phương pháp bề mặt, tách
monosaccarit từ pha rắn sau khi thủy phân polysaccarit, tách lipit từ sinh khối nấm men, v.v.
• Để trích ly các chất hoạt hóa sinh học, người ta sử dụng các bộ trích ly tác động tuần hoàn hay liên tục.
1. Bộ trích ly tác động tuần hoàn có hiệu suất không cao nên chỉ ứng dụng trong những phân xưởng SX có quy mô nhỏ.
2. Bộ trích ly tác động liên tục gồm các ống khuếch tán, các bộ khuếch tán, máy tách dạng cột kiểu nằm ngang hay đứng, các máy tách dạng roto, v.v.
8.3.1. Các bộ khuếch tán.
• Mục đích sử dụng: Các bộ khuếch tán ứng dụng để chiết enzim từ canh trường nuôi cấy nấm mốc.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bộ khuếch tán: Hình 8.3
Hình 8.3. Bộ khuếch tán
1-Ống khuếch tán; 2-Dòng chảy của nước chiết; 3-Vít để tải canh trường của nấm mốc; 4-Ống cung cấp nước để khuếch tán; 5-Ống thu nhận nước chiết; 6-Khớp tháo; 7-Thùng chứa nước chiết; 8-Vít tải; 9-Dẫn động vít tải; 10-Dòng thải
• Bộ khuếch tán gồm từ 8 - 10 ống khuếch tán được lắp trên một mặt phẳng chung. Tất cả các bộ khuếch tán được thống nhất hóa.
• Phần dưới nón của ống khuếch tán có ống nối để nạp nước vào khuếch tán, nạp hơi để tiệt trùng thiết bị, để tháo nước rửa và bã sinh học.
• Phần xilanh của ống khuếch tán có khớp nối để lấy nước chiết. Các khớp nối ở dưới đều có van 3 cửa để tháo phần chiết vào ống khuếch tán tiếp theo hoặc vào ống dẫn để xả. • Các van được phân bổ sao cho bất kỳ ống khuếch tán nào
cũng có thể ngừng hoạt động mà không ảnh hưởng đến bộ khuếch tán.
• Các ống khuếch tán được kết hợp một cách liên tục, dịch được trích ly từ phần trên của ống khuếch tán trước đó cho vào phần dưới của ống tiếp theo.
• Nguyên tắc hoạt động:
• Thời gian chiết trong mỗi ống khuếch tán là 30-45 phút, thời gian chung của cả quá trình là 4-6h.
• Động lực của quá trình khuếch tán là gradient nồng độ các chất trong dung môi. Nên để tăng cường quá trình, cần giữ hiệu nồng độ cực đại bằng cách tăng thể tích tương đối của dung môi, hạn chế sự chảy rối và tăng trao đổi khối.
• Để thu nhận các phần chiết có nồng độ cao cần sử dụng phương pháp ngâm chiết hợp lý. Phần trích ly được tuyển ban đầu cho vào rửa phần canh trường mới, còn ngâm chiết canh trường được sử dụng bởi các phần chiết có nồng độ thấp và sau đó bằng H2O.
• Trong quá trình trích ly các chất trương nở, khối lượng và thể tích chiếm chỗ tăng, do đó xảy ra hiện tượng vắt dần sản phẩm nằm giữa các lưới.
• Ưu điểm của phương pháp: Có khả năng thu nhận nước chiết enzim có nồng độ cao.
• Nhược điểm của quá trình: Trong nước chiết không những có chất cần tách mà còn có các chất hòa tan khác, chủ yếu là đường, muối, axit amin và các chất không hoạt hóa khác.
8.3.2. Máy trích ly dạng vít đứng tác động liên tục
• Mục đích sử dụng: Trong các xí nghiệp thuộc lĩnh vực
CNSH, thiết bị này được dùng để trích ly enzim, axit amin và các chất khác từ vật liệu rắn trong quá trình sản xuất lớn.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 8.5
Hình 8.5. Thiết bị trích ly kiểu vít tải
1-Dẫn động; 2-Khớp nối; 3-Cấu trúc kim loại; 4-Cơ cấu nạp liệu; 5-Vít nạp liệu; 6-Vỏ; 7-Điểm nút tựa ổ bi; 8-Khớp nối; 9-Dẫn động vít tải; 10-Khung đỡ; 11,15-Nắp; 12-Vít trung gian; 13-Vít nâng 14-Cơ cấu tháo liệu; 16-Gối tựa vít đứng; 17-Ngõng trục
• Thiết bị gồm 3 cột: Nạp liệu, dỡ liệu kiểu nâng và nằm ngang. Bên trong mỗi cột có vít đột lỗ.
• Bộ nạp liệu kiểu vít tải chuyển pha rắn của canh trường nấm mốc vào phần trên của cột nạp liệu. Vít đột lỗ chuyển tiếp xuống phía dưới và qua phần nằm ngang của cột để vào cột nâng. Canh trường nấm mốc từ cột nạp liệu qua cột chuyển nằm ngang vào cột nâng và sau khi vắt thì thải ra ngoài. • Nước dâng lên trong cột nạp liệu được bão hòa liên tục và
sau khi qua bộ lọc ở phần trên của cột nâng thì đưa ra ngoài.
• Hệ số chứa đầy pha rắn của cột có tính đến sự trương nở của sản phẩm bằng 0,8. Thời gian trích ly 40÷60 phút ở nhiệt độ 250C.
8.3.3. Máy trích ly hai vít nằm ngang tác động liên tục
Hình 8.6. Thiết bị trích ly tác động liên tục của hãng Niro Atomaizer
1-Máng nghiền; 2-Bơm định lượng; 3-Bộ trao đổi nhiệt; 4-Vít tải; 5-Bộ định lượng; 6-Dẫn động; 7- Bơm; 8-Bộ trao đổi nhiệt; 9-Áo trao đổi nhiệt
• Thiết bị trích ly là máng nghiêng, bên trong có 2 vít với những cơ cấu trao đổi nhiệt và hệ bơm.
• Nguyên tắc hoạt động: Bộ định lượng được đặt trên thiết bị trích ly để nạp sản phẩm vào phần dưới của máng. Từ đầu khác của thiết bị bơm định lượng đẩy dung môi qua bộ trao đổi nhiệt vào đầu trên của máng. Phần chiết qua bộ tự lọc tinh ở phần cuối của máng được tải ra ngoài.
• Ưu điểm: Quá trình trích ly được tiến hành hai mức và ngược dòng, phương pháp tiếp xúc pha rắn với pha lỏng như thế sẽ bảo đảm hiệu suất chiết cao hơn.
8.3.4. Thiết bị trích ly dạng roto
• Mục đích sử dụng: Để trích ly enzim một cách liên tục từ canh trường nấm mốc hoặc vi khuẩn.
• Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 8.7
Hình 8.7. Máy trích ly hoạt động liên tục dạng roto 1-Bộ nạp liệu; 2-Khoang hình quạt; 3-Máy sấy bã sinh học; 4-Các thùng chứa; 5- Bơm; 6-Đường ống dẫn dung dịch cô; 7-Khớp nối để nạp chất tải nhiệt; 8-Băng tải để chuyển bã sinh học; 9-Thùng chứa; 10-Đường ống dẫn nước để khuếch tán; 11-Bơm chân không; 12-Vòi phun
• Thiết bị là một khối kín bất động, bên trong có roto được chia thành 16 khoang hình quạt làm quay trục đứng.
• Mỗi khoang có đáy lưới sâu 0,23-0,36m. Canh trường nấm mốc được nghiền nhỏ, định lượng và cho vào đáy lưới để ngâm rồi trích ly.
• Tất cả 16 khoang này chia thành 4 vùng. Ở khu vực đầu canh trường được gia công bằng nước, sau khi ngâm 1 thời gian, sau đó nhờ bơm chân không phần chiết được lọc và chảy vào thùng chứa để bơm vào khu vực 2. Tại đây canh trường nấm mốc được trích ly, lọc và cho chảy vào thùng chứa thứ 2. Các công đoạn này được lặp lại ở khu vực 3 và 4.
• Sau khi trích ly, phần chiết giàu enzim được cho vào gia công tiếp, còn bã sinh học được thải ra và cho vào sấy.
• Khi hoạt động liên tục, trong mỗi khoang hình quạt của roto cho phép tiến hành gia công canh trường bằng nước một cách liên tục và gia công canh trường bằng nước chiết cho đến khi tách hoàn toàn enzim.
• Dẫn động của roto được thực hiện qua bộ truyền động, đồng thời các bánh đai làm thay đổi số vòng quay của roto.
8.4. MÁY LỌC
• Khái niệm: Thiết bị dùng để phân chia hệ không đồng nhất bằng phương pháp lọc qua lớp ngăn được gọi là máy lọc.
• Nguyên tắc hoạt động: Huyền phù được nạp vào màng xốp, pha lỏng sẽ qua màng xốp, pha rắn được giữ lại ở dạng lớp kết tủa đặc.
• Phân loại theo nguyên tắc tác động: Tác động tuần hoàn và tác động liên tục.
• Phân loại theo áp suất: Máy lọc theo phương pháp trong lực, máy lọc hoạt động dưới áp suất của cột chất lỏng, máy lọc chân không, máy lọc ép.
• Theo mục đích sử dụng: Máy lọc được dùng trong các quá trình tách sinh khối chất lỏng canh trường để làm trong dung
dịch chứa các chất HHSH, để lọc tiệt trùng, để tách các chất HHSH dạng kết tủa khỏi dung dịch, v.v.
8.4.1. Máy lọc tác động tuần hoàn
• Máy lọc ép có thể lọc được những huyền phù khó tách vì thể tích của các phòng nhỏ và áp suất làm việc lớn.
• Nạp huyền phù cùng lúc vào tất cả các phòng theo rãnh phía trên, còn phần lọc khi cho qua tất cả các màng lọc sẽ chảy xuống dưới theo các máng của bề mặt các tấm gợn sóng và được dẫn ra theo rãnh chung của phần dưới.
• Chất kết tủa trong các phòng phải rửa và khử nước bằng phương pháp nạp dung dịch rửa hay không khí nén theo rãnh ở trên và tháo qua rãnh dưới.
Hình 8.10. Máy lọc ép kiểu phòng
1-Bản; 2-Bề mặt gợn sóng của bản; 3-Phòng; 4,5-Các lớp vải lọc; 6-Rãnh để chuyển huyền phù; 7-Rãnh để thải phần lọc
Hình 8.13. Máy lọc chân không dạng thùng quay
1-Thùng quay; 2-Ổ bi; 3- Thùng chứa huyền phù; 4-Máy khuấy lắc; 5-Xilanh đặc bên trong; 6-Xilanh ngoài đột lỗ; 7-Vải lọc; 8-Màng chắn lọc; 9- Khoang lọc; 10-Đĩa phần mặt mút của ngõng trục; 11-Các ống; 12-Phần bất động của đầu được phân bổ dạng vòng cung các cửa; 13-Vòi phun; 14-Dao cạo cặn; I-Lọc qua vải; II-Sấy cặn; III-Rửa cặn; IV-Thổi và làm tơi cặn
8.4.2. Máy lọc tác động liên tục
• Máy lọc chân không thùng quay
- Loại máy lọc này được dùng để tách sinh khối VSV khỏi dung dịch canh trường và để lọc huyền phù có cấu trúc khác nhau của các thể vẩn rắn.
- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hình 8.13
- Thùng quay được chia thành một số khoang mà trong một vòng các khoang này trực tiếp đi qua 4 vùng.
- Các khoang của thùng quay được bao phủ bởi tấm đột lỗ và bị kéo căng bởi vật liệu lọc. Số vòng quay của thùng thay đổi nhịp nhàng trong giới hạn từ 0,13-3 vòng/phút.
- Thùng quay được lắp trong các ổ đặc biệt, tấm đáy dưới thùng có máng chảy và máy khuấy lắc hoạt động nhờ bộ dẫn động riêng biệt có số vòng quay đến 0,3 vòng/phút.
- Máy lọc chân không thùng quay được thiết kế theo chế độ nạp liệu từ 1/3 - 2/3 đường kính, phụ thuộc vào tính lắng đọng của huyền phù.